Sur une approximation variationnelle stable du cut locus, et un problème isopérimetrique non local

This thesis is composed of two parts. In the first part, we study a generalization of the variational problem of elastic-plastic torsion problem to manifolds. We show that in the case of manifolds, the problem is not equivalent to an obstacle type problem, contrary to the euclidean case, but we establish the equivalence when the parameter of the problem goes to infinity. We show, as in the euclidean case, that the non contact set contains the cut locus of the manifold, and converges to the latter in the Hausdorff sense. What is more, we show that the minimizers of the problem are uniformly semiconcave. We deduce a stable approximation of the cut locus, in the spirit of the lambda medial axis of Chazal and Lieutier. We then use this result to compute numerically the cut locus of some surfaces of varied geometries.In the second part, we study an extension of a nonlocal isoperimetric problem. More precisely, we add a confinement potential to Gamow's liquid drop model for the nucleus. We then study large volume minimizers. We show that for certain sets of parameters, large volume minimizers converge to the ball, or may even exactly be the ball. Moreover, we develop a numerical method for this variational problem. Our results confirm numerically a conjecture of Choksi and Peletier, in dimension 2: it seems that minimizers of Gamow'sliquid drop model are balls as long as they exist.Cette thèse comporte deux parties. Dans la première partie, nous étudions une généralisation du problème variationnel de torsion élastique-plastique à des variétés. Nous montrons que dans le cas des variétés, le problème n'est pas équivalent à un problème d'obstacle, contrairement au cas euclidien, mais nous établissons l'équivalence lorsque le paramètre du problème tend vers l'infini. Nous montrons, comme dans le cas euclidien, que l'ensemble de non contact contient le cut locus de la variété, et converge vers ce dernier au sens de Hausforff. Nous montrons de plus que les miniseurs du problème sont uniformément semiconcaves. Nous en déduisons une approximation stable de cut locus, dans l'esprit du lambda axe médian de Chazal et Lieutier. Nous utilisons ensuite ce résultat pour calculer numériquement le cut locus de surfaces de géométries variées.Dans la seconde partie, nous étudions une extension d'un problème isopérimétrique non local. Précisément, on adjoint un potentiel de confinement au modèle de goutte liquide du noyau de Gamow. Nous étudions alors les minimiseurs de grand volume. Nous montrons que pour certains jeux de paramètres, les minimiseurs de grand volume convergent vers des boules, voire sont exactement des boules. Nous développons ensuite une méthode numérique pour ce problème variationnel. Cela permet de confirmer numériquement une conjecture de Choksi et Peletier en dimension 2 : dans ce cas les minimiseurs du modèle de Gamow semble être des boules si ils existent